蔣冬柏

【摘要】在科技進步的背景之下，無人機傾斜攝影測繪技術(shù)在大比例尺地形圖中的應用越來越普遍，應用效果也越來越受到行業(yè)內(nèi)的關(guān)注。本文將具體介紹無人機傾斜攝影測繪技術(shù)在大比例尺地形圖中的應用優(yōu)勢及方法，從而為進一步提高三維環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析準確性打下基礎(chǔ)，進而使其能夠為實際生產(chǎn)提供更加精確的參考，促進測繪行業(yè)的整體發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】無人機傾斜攝影技術(shù);大比例尺地形圖;應用分析? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.081

本文主要對廣西柳州某區(qū)域進行了大比例尺地形圖繪測，并對此過程中所運用的無人機傾斜攝影技術(shù)加以應用分析。在本次測繪工作中，采用大疆系列四旋翼無人機，無人機所搭載的是索尼系列微單相機，每架兩臺，并將其傾斜安裝，角度為45°（與垂直線所形成的夾角）。本次航線設(shè)計的具體數(shù)據(jù)如下：高度100m，航向重疊度80%，旁向重疊度75%，共有20條航線，獲取640張有效圖像。此外，也必須布置多個像控點，并保證其平面誤差在0.32m-0.33m的范圍之間。

1、無人機傾斜攝影測繪技術(shù)在大比例尺地形圖中的應用優(yōu)勢

1.1技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，無人機傾斜攝影技術(shù)具有兩方面的技術(shù)優(yōu)勢，具體如下：第一，多視影像聯(lián)合平差技術(shù)。其是無人機傾斜攝影技術(shù)的核心。其將攝影分為兩大類，分別為：傾斜攝影攝像和垂直攝影攝像。直接定向傾斜攝影、無約束的區(qū)域網(wǎng)平差、有約束的區(qū)域網(wǎng)平差。第二，多視攝影的密集匹配。該技術(shù)能夠有效解決由于地形因素、分辨率等原因，造成的影像模糊，甚至干擾問題。也彌補了無人機傾斜攝影技術(shù)的一大技術(shù)漏洞，從而優(yōu)化密集匹配效果，進而提高三維建模的精確度。

1.2應用優(yōu)勢

第一，變革了傳統(tǒng)攝影方式，以無人機的微小體型，高效率地完成圖像資料的收集工作。第二，由于具有DOM、DLG、TDOM等多元模式數(shù)據(jù)結(jié)果，因此，影像數(shù)據(jù)的儲存和傳輸過程中的表達方式十分多樣。第三，以傾斜的角度，豐富了傳統(tǒng)垂直角度，從而提供更加詳盡起伏態(tài)勢、高度差、坐標位置等信息。

2、無人機傾斜攝影測繪技術(shù)在大比例尺地形圖中的應用實例

本次實驗選擇面積約6平方公里的廣西柳州市某區(qū)域，采用固定無人機，航空拍攝的飛行平臺則選擇具有高精確度的測繪無人機。并且，要保證影像要具有多個傾斜和垂直的角度，能夠高效對地理位置進行確定。除此之外，要盡可能調(diào)高航拍分辨率，并以此為基礎(chǔ)制定三維大比例的繪測方案。最后，還要做好檢查工作，要對地形圖的比例尺的數(shù)值及其平面和高程加以核驗，確保其合理性和數(shù)據(jù)的精確性。

本次試驗所實現(xiàn)的實景三維，是一種具有可視化、形象化的圖像，能夠以三維立體的形式，展現(xiàn)地理環(huán)境的實景。在實際運用過程中，其具有高精確度、可測量性和高效率的優(yōu)勢。實景三維的獲得是受無人機傾斜攝影技術(shù)的支撐，而本次試驗所研究的，就是在這種條件之下進行大比例尺地形圖測繪可以發(fā)現(xiàn)是否具有可行性及其效率如何的問題。

3、傾斜攝影技術(shù)流程

首先，要進行數(shù)據(jù)收集。聯(lián)合區(qū)域內(nèi)市縣級自然資源相關(guān)部門，運用信息化手段，進行文獻搜索和實地信息搜集，并據(jù)此制定具體設(shè)計方案，并對高程參數(shù)、地理坐標體系等進行核實，對無人機的機型、分辨率、影像格式加以選擇和調(diào)節(jié)。第二，確定測繪方案。在測繪范圍設(shè)置布控點，并通過無人機局部垂直、傾斜攝影結(jié)果，判斷精度影響，并據(jù)此對方案加以修改。第三，實地測繪和信息輸入。將每60min作為一個繪測單位，在對變量加以控制的基礎(chǔ)上，進行信息采集。接著通過三維實景建模、CAD等軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入。第四，三維成像。將計算機導入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點，進而成圖，并加以輸入渲染。三維成像如產(chǎn)生巨大誤差，則要再次測繪。第五，成果審核。質(zhì)檢部門應對圖像的測量精度、屬性精度、整體質(zhì)量加以檢驗。

4、基于無人機傾斜攝影儀技術(shù)測繪地形圖的三角測量方法

其中其所搜集的影像又可分為正片和斜片，正片是指通過垂直角度拍攝獲得的影像，而斜片是指通過傾斜角度拍攝獲得的影像。在實際應用中，其已經(jīng)成為了許多工程首要考慮的方法之一。為滿足無人機傾斜攝影技術(shù)繪制地形圖過程中，所使用的三角測量法的要求，使用了區(qū)域五點布設(shè)法，具體來說就是，先設(shè)置一個位于中心區(qū)域的中心點，再以其為核心，于周邊設(shè)置四個點。而航攝結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理，則主要過空三加密法來進行，在精度的要求上，圖像模型一般要達到1.82pix，并且，像控點的平度平面誤差要介于0.032m～0. 033m之間。除此之外，也要檢測并控制周邊四個監(jiān)測點的精度，使其符合相關(guān)要求。只有這樣，才能最終實現(xiàn)試驗整體精度的提高。

為使測繪結(jié)果更加精確，就必須考慮到進行攝影預約實際地理環(huán)境之間存在的誤差，影像變形和遮擋問題。在此次試驗中，一般采用多視影像聯(lián)合平差的攝像方法。而為能使本次實驗所提供的影像具有多元性，增加影像的方位元素，研究人員選擇對Smart3DCapture軟件與 POS系統(tǒng)的聯(lián)合運用。此外，金字塔策略的運用也是本次實驗的一大特色，其基本邏輯就是由粗到精，同時能夠自動地對各級影像的同名點加以迅速匹配，從而大大提高匹配效率及準確度。在構(gòu)建誤差方程方面，其是通過對坐標控制點及連接點平差的計算與分析而得出的，對平差方程進行聯(lián)合計算，則可以得出有關(guān)平差結(jié)果精度的結(jié)論，從而為后續(xù)工作提供更多的數(shù)據(jù)保障。攝影的精確度是必須得以保證的，其將決定后續(xù)一切工作的質(zhì)量。因此，如果航拍影像中存在誤差，像素超過0.55個，為了避免后續(xù)一系列數(shù)據(jù)問題的產(chǎn)生，行攝組必須進行重飛、重拍。

5、無人機傾斜攝影測繪技術(shù)在大比例尺地形圖中的應用

5.1應用流程

在進行大比例尺地形圖的繪制過程中，首先要將實景三維模型導入至EPS清華山維軟件中，并據(jù)此對各要素進行嚴密分析。如此一來，更加密切的影像關(guān)系，就通過一個涵蓋多個視角的三維模型中形成了。而通過這種方法所構(gòu)建出的影像關(guān)系，較之傳統(tǒng)技術(shù)，具有更強的精確性、嚴格性，并且能夠有效地使影像視角更加多元，在重建的過程中，對原有缺陷還可以做進一步補足，當然，在分辨率的提升和防止遮擋問題上，也具有一定作用。接著，要注意在數(shù)字化成圖工作中，運用EPS清華山維軟件，而對于測繪人員來說，可以不必佩戴立體眼鏡，從而使得相關(guān)人員在工作中的反應度更加靈敏，也能大大提高其對多種因素的兼顧性和控制力，同時，圖形管理方案的智能化，也將最終促進工作效率和質(zhì)量的提高。并且，由于這種圖形管理模式擁有更加全面的功能，使得圖形編輯各種要求的實現(xiàn)成為可能，甚至其實際應用效果可以與CAD，這種優(yōu)質(zhì)的圖形編輯系統(tǒng)相媲美，在試驗中，具有使結(jié)果更具可信性的作用。成果直接對接不動產(chǎn)、常規(guī)測繪、管網(wǎng)測量、智慧城市等專業(yè)應用解決方案。

5.2精度控制與測試

本次試驗所選擇的地點，平原面積占據(jù)最大比例，為航拍的全面作業(yè)提供了平臺。在大比例尺地形圖中（1：1000），各項數(shù)據(jù)的精度分別為：等高距1米，高程注記0.1米，平面誤差小于0.3米，高程誤差小于0.4米。在數(shù)據(jù)精度方面，精確度和試驗結(jié)果的準確性呈正向相關(guān)關(guān)系，也與最終工作進度呈正相關(guān)關(guān)系，因此，必須通過各種手段提高數(shù)據(jù)精確性。為了適應本次試驗選地的面積，在進行散點采集時，可以設(shè)置至少290個均勻分布的散點，并且在散點的選擇上，要滿足投影差較小或不存在投影的區(qū)域。最終，在本次測試中的，室外散點的平面誤差為0.22米，高程誤差為0.31米，是符合相關(guān)要求的。

5.3注意事項

第一，在面對一些非平原地區(qū)時，建筑遮擋以及自遮擋問題十分常見。為避免由于遮擋問題造成的結(jié)果不準，在對一些地形復雜的區(qū)域進行拍攝時，就必須通過對無人機的操控，實行多角度、多方位甚至多次的拍攝，從而更加精準地反映地貌。第二，即使當前我國無人機技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到較高水平，本次試驗運用的大疆無人機也十分成熟，然而，光線和天氣環(huán)境仍會對其飛行狀態(tài)。因此，工作人員必須充分考慮這些因素，選擇合適的時機，于風力小、進行拍攝。第三，大風天氣對于無人機攝像工作具有很大的干擾。為了解決較大風力造成的攝影抖動問題，工作人員可以在進行無人機傾斜攝影測量工作時，將像素調(diào)至1/4像素以下，從而盡可能提高圖像的清晰度。

結(jié)語：

無人機傾斜攝影測繪技術(shù)是在無人機和傾斜攝影兩大技術(shù)的支撐下，發(fā)展起來的新型技術(shù)，其在一臺飛行平臺的基礎(chǔ)上，能夠搭載多臺傳感器，從而搜集到來自不同角度的影像內(nèi)容，因而其所獲得的有關(guān)地面的相關(guān)信息也更為完善。因此，相關(guān)工作者與研究人員必須在實踐中探索應用價值和創(chuàng)新可能，從而促進測繪行業(yè)的整體發(fā)展。

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